Question

如圖所示，一個固定在豎直平面內(nèi)的軌道，有傾角為θ=30°的斜面AB、光滑的水平面BO及圓心在O點、半徑m的1/4圓弧軌道OCD三部分組成，已知C點在O點在正下方，O、D在同一水平線上，P為圓弧CD的中點；小球與斜面間的動摩擦因數(shù)為．現(xiàn)將此小球離BO水平面h高處的斜面上靜止釋放，小球剛好能落到P點．（取g=10m/s²）
（1）求h的大��；
（2）若改變小球在斜面上靜止釋放的位置問小球能否垂直打到CD圓弧上？若能，請求出h的大��；若不能，請說明理由？

Answer 1

解：（1）研究小球從O點到P點的平拋過程
水平位移，豎直位移
在豎直方向上，可求得
在水平方向上，初速度
由于水平面光滑，故小球運動至B點的速度與在O點速度相同，v_B=1m/s
研究小球在斜面上運動的過程，其運動加速度為
a=g（sin30°-μcos30°）=2.5m/s²
在斜面上的運動位移為
故高度h=S?sian30°=0.1m．
（2）小球不可能垂直達到圓弧CD上．
理由1：若小球在圓弧上的落點位置為E，則OE為小球運動的位移，且在E點與圓弧切線垂直，由速度角與位移角關系，速度與水平方向夾角必大于位移與水平方向偏角，故小球不可能垂直達到圓弧上．
理由2：假設小球可以垂直打到圓弧上某點的位置為Q，則在Q點的速度方向的反向延長線必定指向圓心O，由于運動軌跡為拋物線，則拋出點必在O點的下方，與題意不符．
分析：（1）先根據(jù)平拋運動的分位移公式求出平拋的初速度，然后根據(jù)牛頓第二定律求解出在斜面上運動的加速度，再運用速度位移公式列式求解；
（2）假設小球能垂直達到圓弧上某個點，然后畫出運動軌跡，推導出矛盾即可．
點評：本題關鍵分析清楚小球的運動情況，根據(jù)平拋運動的分位移公式求解出平拋的初速度，再根據(jù)牛頓第二定律和運動學公式聯(lián)立列式求解．